【云原生、k8s】基于Helm管理Kubernetes应用

第四阶段
时 间：2023年8月18日
地 点：2304教室
授课人：李凤海
参加人：全班人员
内 容：
基于Helm管理Kubernetes应用

一、Kubernetes部署方式
二、基于kubeadm部署K8S集群

一、Kubernetes部署方式
官方提供Kubernetes部署3种方式
（一）minikube
Minikube是一个工具，可以在本地快速运行一个单点的Kubernetes，尝试Kubernetes或日常开发的用户使用。不能用于生产环境。
官方文档：https://kubernetes.io/docs/setup/minikube/
（二）二进制包
从官方下载发行版的二进制包，手动部署每个组件，组成Kubernetes集群。目前企业生产环境中主要使用该方式。
下载地址：
https://github.com/kubernetes/kubernetes/blob/master/CHANGELOG-1.11.md#v1113
（三）Kubeadm
Kubeadm 是谷歌推出的一个专门用于快速部署 kubernetes 集群的工具。在集群部署的过程中，可以通过 kubeadm init 来初始化 master 节点，然后使用 kubeadm join 将其他的节点加入到集群中。
1、Kubeadm 通过简单配置可以快速将一个最小可用的集群运行起来。它在设计之初关注点是快速安装并将集群运行起来，而不是一步步关于各节点环境的准备工作。同样的，kubernetes 集群在使用过程中的各种插件也不是 kubeadm 关注的重点，比如 kubernetes集群 WEB Dashboard、prometheus 监控集群业务等。kubeadm 应用的目的是作为所有部署的基础，并通过 kubeadm 使得部署 kubernetes 集群更加容易。
2、Kubeadm 的简单快捷的部署可以应用到如下三方面：
·新用户可以从 kubeadm 开始快速搭建 Kubernete 并了解。
·熟悉 Kubernetes 的用户可以使用 kubeadm 快速搭建集群并测试他们的应用。
·大型的项目可以将 kubeadm 配合其他的安装工具一起使用，形成一个比较复杂的系统。
·官方文档：
https://kubernetes.io/docs/reference/setup-tools/kubeadm/kubeadm/
https://kubernetes.io/docs/setup/independent/install-kubeadm/

二、基于kubeadm部署K8S集群
（一）环境准备

IP地址    主机名    组件
192.168.100.131    k8s-master    kubeadm、kubelet、kubectl、docker-ce
192.168.100.132    k8s-node01    kubeadm、kubelet、kubectl、docker-ce
192.168.100.133    k8s-node02    kubeadm、kubelet、kubectl、docker-ce

注意：所有主机配置推荐CPU：2C+ Memory：2G+

1、主机初始化配置
所有主机配置禁用防火墙和selinux

[root@localhost ~]# setenforce 0
[root@localhost ~]# iptables -F
[root@localhost ~]# systemctl stop firewalld
[root@localhost ~]# systemctl disable firewalld
[root@localhost ~]# systemctl stop NetworkManager
[root@localhost ~]# systemctl disable NetworkManager
[root@localhost ~]# sed -i '/^SELINUX=/s/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config

2、配置主机名并绑定hosts，不同主机名称不同

[root@localhost ~]# hostname k8s-master
[root@localhost ~]# bash
[root@k8s-master ~]# cat << EOF >> /etc/hosts
192.168.100.131 k8s-master
192.168.100.132 k8s-node01
192.168.100.133 k8s-node02
EOF

[root@localhost ~]# hostname k8s-node01
[root@k8s-node01 ~]# cat /etc/hosts

[root@localhost ~]# hostname k8s-node02
[root@k8s-node02 ~]#cat /etc/hosts

3、主机配置初始化

[root@k8s-master ~]# yum -y install vim wget net-tools lrzsz

[root@k8s-master ~]# swapoff -a
[root@k8s-master ~]# sed -i '/swap/s/^/#/' /etc/fstab
[root@k8s-master ~]# cat << EOF >> /etc/sysctl.conf
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables = 1
net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1
EOF
[root@k8s-master ~]# modprobe br_netfilter
[root@k8s-master ~]# sysctl -p

4、部署docker环境
1）三台主机上分别部署 Docker 环境，因为 Kubernetes 对容器的编排需要 Docker 的支持。

[root@k8s-master ~]# wget -O /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo http://mirrors.aliyun.com/repo/Centos-7.repo
[root@k8s-master ~]# yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2

2）使用 YUM 方式安装 Docker 时，推荐使用阿里的 YUM 源。

[root@k8s-master ~]# yum-config-manager --add-repo https://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo

3）清除缓存

[root@k8s-master ~]# yum clean all && yum makecache fast

4）启动docker

[root@k8s-master ~]# yum -y install docker-ce
[root@k8s-master ~]# systemctl start docker
[root@k8s-master ~]# systemctl enable docker

5）镜像加速器（所有主机配置）

[root@k8s-master ~]# cat << END > /etc/docker/daemon.json
{
   
        "registry-mirrors":[ "https://nyakyfun.mirror.aliyuncs.com" ]
}
END

6）重启docker

[root@k8s-master ~]# systemctl daemon-reload
[root@k8s-master ~]# systemctl restart docker

（二）部署kubernetes集群
1、组件介绍
三个节点都需要安装下面三个组件
kubeadm：安装工具，使所有的组件都会以容器的方式运行
kubectl：客户端连接K8S API工具
kubelet：运行在node节点，用来启动容器的工具
2、配置阿里云yum源
使用 YUM 方式安装 Kubernetes时，推荐使用阿里的 YUM 源。

[root@k8s-master ~]# ls /etc/yum.repos.d/
[root@k8s-master ~]# cat > /etc/yum.repos.d/kubernetes.repo

3、安装kubelet kubeadm kubectl
所有主机配置

[root@k8s-master ~]# yum install -y kubelet-1.20.0 kubeadm-1.20.0 kubectl-1.20.0

[root@k8s-master ~]# systemctl enable kubelet

[root@k8s-master ~]# kubectl version

kubelet 刚安装完成后，通过 systemctl start kubelet 方式是无法启动的，需要加入节点或初始化为 master 后才可启动成功。

4、配置init-config.yaml
Kubeadm 提供了很多配置项，Kubeadm 配置在 Kubernetes 集群中是存储在ConfigMap 中的，也可将这些配置写入配置文件，方便管理复杂的配置项。Kubeadm 配内容是通过 kubeadm config 命令写入配置文件的。
在master节点安装，master 定于为192.168.100.131，通过如下指令创建默认的init-config.yaml文件：

[root@k8s-master ~]# kubeadm config print init-defaults > init-config.yaml

init-config.yaml配置

[root@k8s-master ~]# cat init-config.yaml

5、安装master节点
1）拉取所需镜像

[root@k8s-master ~]# kubeadm config images list --config init-config.yaml

[root@k8s-master ~]# kubeadm config images pull --config init-config.yaml

2）安装matser节点

[root@k8s-master ~]# kubeadm init --config=init-config.yaml    //初始化安装K8S

3）根据提示操作
kubectl 默认会在执行的用户家目录下面的.kube 目录下寻找config 文件。这里是将在初始化时[kubeconfig]步骤生成的admin.conf 拷贝到.kube/config

[root@k8s-master ~]# mkdir -p $HOME/.kube
[root@k8s-master ~]# cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
[root@k8s-master ~]# chown {
   
   mathJaxContainer[0]}(id -g) $HOME/.kube/config

Kubeadm 通过初始化安装是不包括网络插件的，也就是说初始化之后是不具备相关网络功能的，比如 k8s-master 节点上查看节点信息都是“Not Ready”状态、Pod 的 CoreDNS无法提供服务等。

6、安装node节点
1）根据master安装时的提示信息

[root@k8s-node01 ~]# kubeadm join 192.168.100.131:6443 --token abcdef.0123456789abcdef --discovery-token-ca-cert-hash sha256:78bdd0f01660f4e84355b70aa8807cf1d0d6325b0b28502b29c241563e93b4ae

[root@k8s-master ~]# kubectl get nodes
[root@k8s-node02 ~]# kubeadm join 192.168.100.131:6443 --token abcdef.0123456789abcdef --discovery-token-ca-cert-hash sha256:78bdd0f01660f4e84355b70aa8807cf1d0d6325b0b28502b29c241563e93b4ae

Master操作：

[root@k8s-master ~]# kubectl get nodes

前面已经提到，在初始化 k8s-master 时并没有网络相关配置，所以无法跟 node 节点通信，因此状态都是“NotReady”。但是通过 kubeadm join 加入的 node 节点已经在k8s-master 上可以看到。

7、安装flannel
Master 节点NotReady 的原因就是因为没有使用任何的网络插件，此时Node 和Master的连接还不正常。目前最流行的Kubernetes 网络插件有Flannel、Calico、Canal、Weave 这里选择使用flannel。
所有主机：
master上传kube-flannel.yml，所有主机上传flannel_v0.12.0-amd64.tar，cni-plugins-linux-amd64-v0.8.6.tgz

[root@k8s-master ~]# docker load < flannel_v0.12.0-amd64.tar

上传插件：

[root@k8s-master ~]# tar xf cni-plugins-linux-amd64-v0.8.6.tgz 
[root@k8s-master ~]# cp flannel /opt/cni/bin/

master上传kube-flannel.yml
master主机配置：

[root@k8s-master ~]# kubectl apply -f kube-flannel.yml

[root@k8s-master ~]# kubectl get nodes
[root@k8s-master ~]# kubectl get pods -n kube-system

已经是ready状态

（三）安装Dashboard UI
1、部署Dashboard
dashboard的github仓库地址：https://github.com/kubernetes/dashboard
代码仓库当中，有给出安装示例的相关部署文件，我们可以直接获取之后，直接部署即可

[root@k8s-master ~]# wget https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/dashboard/master/aio/deploy/recommended.yaml

默认这个部署文件当中，会单独创建一个名为kubernetes-dashboard的命名空间，并将kubernetes-dashboard部署在该命名空间下。dashboard的镜像来自docker hub官方，所以可不用修改镜像地址，直接从官方获取即可。
2、开放端口设置
在默认情况下，dashboard并不对外开放访问端口，这里简化操作，直接使用nodePort的方式将其端口暴露出来，修改serivce部分的定义：

所有主机下载镜像

[root@k8s-master ~]# docker pull kubernetesui/dashboard:v2.0.0
[root@k8s-master ~]# docker pull kubernetesui/metrics-scraper:v1.0.4

[root@k8s-master ~]# vim recommended.yaml

3、权限配置
配置一个超级管理员权限
[root@k8s-master ~]# vim recommended.yaml

[root@k8s-master ~]# kubectl apply -f recommended.yaml

[root@k8s-master ~]# kubectl get pods -n  kubernetes-dashboard
[root@k8s-master ~]# kubectl get pods -A  -o wide

4、访问Token配置
使用谷歌浏览器测试访问 https://192.168.100.131:32443

可以看到出现如上图画面，需要我们输入一个kubeconfig文件或者一个token。事实上在安装dashboard时，也为我们默认创建好了一个serviceaccount，为kubernetes-dashboard，并为其生成好了token，

我们可以通过如下指令获取该sa的token：

[root@k8s-master ~]# kubectl describe secret -n kubernetes-dashboard {
   
   mathJaxContainer[1]}1}') |grep token | awk '{
   
   print $2}'

输入获取的token

查看集群概况：

查看集群roles：

查看集群namespaces：

查看集群nodes：

查看集群pods：

（四）metrics-server服务部署
1、在Node节点上下载镜像
heapster已经被metrics-server取代，metrics-server是K8S中的资源指标获取工具
所有node节点上

[root@k8s-node01 ~]# docker pull bluersw/metrics-server-amd64:v0.3.6
[root@k8s-node01 ~]# docker tag bluersw/metrics-server-amd64:v0.3.6 k8s.gcr.io/metrics-server-amd64:v0.3.6

2、修改 Kubernetes apiserver 启动参数
在kube-apiserver项中添加如下配置选项 修改后apiserver会自动重启

[root@k8s-master ~]# vim /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml

3、Master上进行部署

[root@k8s-master ~]# wget https://github.com/kubernetes-sigs/metrics-server/releases/download/v0.3.6/components.yaml

修改安装脚本：
[root@k8s-master ~]# vim components.yaml

[root@k8s-master ~]# kubectl create -f components.yaml

等待1-2分钟后查看结果
[root@k8s-master ~]# kubectl top nodes

再回到dashboard界面可以看到CPU和内存使用情况了

（五）Helm应用包管理器介绍
1、为什么需要Helm？
Kubernetes上部署的应用服务，都是由特定的资源描述组成，包括deployment、service等。每个资源对象都保存在各自文件中或者集中写到一个配置文件。然后通过kubectl apply –f demo.yaml命令进行部署。

如果业务系统只由一个或几个这样的服务组成，那么上面部署管理方式足够用了。

而对于一个复杂的业务系统，会有很多类似上面的资源描述文件，例如微服务架构应用，组成应用的服务可能多达十个，几十个。如果有更新或回滚应用的需求，可能要修改和维护所涉及的大量资源对象文件，而这种组织和管理应用的方式就显得力不从心了。

而且由于缺少对发布过的应用版本管理和控制，使Kubernetes上的应用维护和更新等面临诸多的挑战，主要面临以下问题：
如何将这些服务作为一个整体管理
这些资源文件如何高效复用
不支持应用级别的版本管理
2、Helm介绍
Helm是一个Kubernetes的包管理工具，就像Linux下的包管理器，如yum/apt-get等一样，Helm可以很方便的将之前打包好的yaml文件部署到kubernetes上。

Helm有3个重要概念：
helm：一个命令行客户端工具，主要用于Kubernetes应用chart的创建、打包、发布和管理。
Chart：目录或者压缩包，用于应用描述，由一系列用于描述 k8s 资源对象相关文件的集合。
Release：基于Chart的部署实体，一个 chart 被 Helm 运行后将会生成对应的一个 release；将在k8s中创建出真实运行的资源对象。

Helm特点
开发的一个用于kubernetes的包管理器，每个包称为一个Chart,一个Chart是一个目录(一般情况下会将目录进行打包压缩，形成name-version.tar.gz格式的单一文件，方便传输和存储)
对于应用发布者而言，可以通过Helm打包应用， 管理应用依赖关系，管理应用版本并发布应用到软件仓库。
对于使用者而言，使用Helm后不用需要了解Kubernetes的Yaml语法并编写应用部署文件，可以通过Helm下载并在kubernetes上安装需要的应用，
Helm提供了kubernetes上的软件部署，删除，升级， 回滚应用的强大功能

3、Helm V3变化
2019年11月13日， Helm团队发布 Helm v3的第一个稳定版本。该版本主要变化如下：
1）架构变化
最明显的变化是 Tiller的删除

2）Release名称可以在不同命名空间重用
3）支持将 Chart 推送至 Docker 镜像仓库Harbor中
4）使用JSONSchema验证chart values
5）其他
为了更好地协调其他包管理者的措辞 Helm CLI个别更名
helm delete更名为helm uninstall
helm inspect更名为helm show
helm fetch更名为helm pull
但以上旧的命令当前仍能使用。
移除了用于本地临时搭建 Chart Repository的 helm serve 命令。

自动创建名称空间
在不存在的命名空间中创建发行版时，Helm 2创建了命名空间。Helm 3遵循其他Kubernetes对象的行为，如果命名空间不存在则返回错误。

不再需要requirements.yaml, 依赖关系是直接在chart.yaml中定义。

（六）Helm应用包管理器部署
1、部署Helm客户端工具
Helm客户端下载地址：https://github.com/helm/helm/releases
将源码包解压并移动到/usr/bin/目录即可。

[root@k8s-master ~]# wget https://get.helm.sh/helm-v3.5.2-linux-amd64.tar.gz
[root@k8s-master ~]# tar xf helm-v3.5.2-linux-amd64.tar.gz
[root@k8s-master ~]# cd linux-amd64/
[root@k8s-master linux-amd64]# ls
[root@k8s-master linux-amd64]# mv helm /usr/bin/
[root@k8s-master ~]# helm    #验证helm命令是否可用

2、Helm常用命令
命令 描述
create 创建一个chart并指定名字
dependency 管理chart依赖
get 下载一个release。可用子命令：all、hooks、manifest、notes、values
history 获取release历史
install 安装一个chart
list 列出release
package 将chart目录打包到chart存档文件中
pull 从远程仓库中下载chart并解压到本地 # helm pull stable/mysql --untar
repo 添加，列出，移除，更新和索引chart仓库。可用子命令：add、index、list、remove、update
rollback 从之前版本回滚
search 根据关键字搜索chart。可用子命令：hub、repo
show 查看chart详细信息。可用子命令：all、chart、readme、values
status 显示已命名版本的状态
template 本地呈现模板
uninstall 卸载一个release
upgrade 更新一个release
version 查看helm客户端版本
3、配置国内的Chart仓库
微软仓库（http://mirror.azure.cn/kubernetes/charts/）这个仓库强烈推荐，基本上官网有的chart这里都有。
阿里云仓库（https://kubernetes.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/charts）
官方仓库（https://hub.kubeapps.com/charts/incubator）官方chart仓库，国内有点不好使。
添加chart存储库

[root@k8s-master ~]# helm repo add stable http://mirror.azure.cn/kubernetes/charts
[root@k8s-master ~]# helm repo add aliyun https://kubernetes.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/charts 
[root@k8s-master ~]# helm repo update
查看已配置的chart存储库
[root@k8s-master ~]# helm repo list

删除存储库：

[root@k8s-master ~]# helm repo remove aliyun
[root@k8s-master ~]# helm repo list

4、使用chart部署一个Nginx应用
1）创建chart
[root@k8s-master ~]# helm create nginx

[root@k8s-master ~]# tree nginx/

详解：
nginx/
├── charts                #依赖其他包的charts文件
├── Chart.yaml            #该chart的描述文件,包括ip地址,版本信息等
├── templates                #存放k8s模板文件目录
│   ├── deployment.yaml    #创建k8s deployment资源的yaml 模板
│   ├── _helpers.tpl        #下划线开头的文件,可以被其他模板引用
│   ├── hpa.yaml            #配置服务资源CPU 内存
│   ├── ingress.yaml        # ingress 配合service域名访问的配置
│   ├── NOTES.txt            #说明文件,helm install之后展示给用户看的内容
│   ├── serviceaccount.yaml
│   ├── service.yaml        #kubernetes Serivce yaml模板
│   └── tests
│       └── test-connection.yaml
└── values.yaml            #给模板文件使用的变量

2）修改values.yaml 里的service的type为 NodePort

[root@k8s-master ~]# cd nginx/
[root@k8s-master nginx]# vim values.yaml

3）安装chart任务（注意命令最后的点）
[root@k8s-master nginx]# helm install -f values.yaml

4）查看release
[root@k8s-master nginx]# helm ls #或者helm list

5）删除release
[root@k8s-master nginx]# helm delete nginx

6）查看pod状态
[root@k8s-master nginx]# kubectl get pod
[root@k8s-master nginx]# kubectl get pod -o wide

7）查看svc状态
[root@k8s-master nginx]# kubectl get svc

访问 192.168.100.132:30281

5、使用chart部署一个Tomcat应用

[root@k8s-master ~]# helm create tomcat
Creating tomcat
[root@k8s-master ~]# cd tomcat/

修改deployment.yaml和service.yaml文件
[root@k8s-master tomcat]# vim templates/deployment.yaml

[root@k8s-master tomcat]# vim templates/service.yaml

创建release
[root@k8s-master tomcat]# helm install tomcat .

查看release
[root@k8s-master tomcat]# helm ls

查看pod和svc
[root@k8s-master tomcat]# kubectl get pod
[root@k8s-master tomcat]# kubectl get pod -o wide
[root@k8s-master tomcat]# kubectl get svc

准备测试页
[root@k8s-master tomcat]# kubectl exec -it tomcat-67df6cd4d6-s7qxl /bin/bash
root@tomcat-67df6cd4d6-s7qxl:/usr/local/tomcat# mkdir webapps/ROOT
root@tomcat-67df6cd4d6-s7qxl:/usr/local/tomcat# echo "helm test1" > webapps/ROOT/index.jsp

[root@k8s-master tomcat]# kubectl exec -it tomcat-67df6cd4d6-tkp95 /bin/bash
root@tomcat-67df6cd4d6-tkp95:/usr/local/tomcat# mkdir webapps/ROOT
root@tomcat-67df6cd4d6-tkp95:/usr/local/tomcat# echo "helm test2" > webapps/ROOT/index.jsp

访问测试：

访问 192.168.100.132:32092
访问 192.168.100.133:32092

删除
[root@k8s-master tomcat]# helm delete tomcat
[root@k8s-master tomcat]# helm ls

升级(改完yaml文件之后重新应用)

[root@k8s-master tomcat]# helm install tomcat . 
[root@k8s-master tomcat]# helm ls
[root@k8s-master tomcat]# kubectl get pod

[root@k8s-master tomcat]# vim templates/deployment.yaml

[root@k8s-master tomcat]# helm upgrade tomcat .
[root@k8s-master tomcat]# kubectl get pod
[root@k8s-master tomcat]# helm ls

回滚
[root@k8s-master tomcat]# helm rollback tomcat 1
[root@k8s-master tomcat]# helm ls
[root@k8s-master tomcat]# kubectl get pod

6、用变量渲染模板
测试模板是否正常
[root@k8s-master tomcat]# helm install --dry-run tomcat .

在values.yaml文件中定义变量
[root@k8s-master tomcat]# cat values.yaml

[root@k8s-master tomcat]# cat templates/deployment.yaml

[root@k8s-master tomcat]# cat templates/service.yaml

deployment.yaml 和service.yaml两个文件的变量都是预先在values.yaml里面定义过引用过来的值。
Release.Name 代表helm install 后面的那个名字

[root@k8s-master tomcat]# helm delete tomcat
将templates目录中多余的文件都删除，只保留两个测试文件
[root@k8s-master tomcat]# ls templates/

[root@k8s-master tomcat]# helm install -f values.yaml

[root@k8s-master tomcat]# helm ls

查看发布状态
[root@k8s-master tomcat]# helm status tomcat
[root@k8s-master tomcat]# kubectl get pod

查看pod详细信息
[root@k8s-master tomcat]# kubectl describe pod tomcat-dp-67df6cd4d6-78pxc